Test method to measure the efficiency of air filtration media against spherical nanomaterials — Part 1: Size range from 20 nm to 500 nm

This document specifies the testing instruments and procedure for determining the fractional filtration efficiencies of flat sheet filter medium against airborne nanoparticles in the range of 20 nm to 500 nm. The testing methods in this document are limited to spherical or nearly-spherical particles to avoid uncertainties due to the particle shape.

Méthode d'essai pour mesurer l'efficacité des médias de filtration d'air par rapport aux nanomatériaux sphériques — Partie 1: Spectre granulométrique de 20 nm à 500 nm

Le présent document spécifie les instruments et modes opératoires d'essai à utiliser pour la détermination des efficacités fractionnelles de filtration des médias filtrants plans par rapport à des nanoparticules en suspension dans l'air dans la plage granulométrique de 20 nm à 500 nm. Les méthodes d'essai décrites dans le présent document sont limitées aux particules sphériques ou quasi-sphériques afin d'éviter toute incertitude liée à la forme des particules.

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Status
Published
Publication Date
11-Nov-2018
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
12-Nov-2018
Completion Date
12-Nov-2018
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ISO 21083-1:2018 - Test method to measure the efficiency of air filtration media against spherical nanomaterials
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ISO 21083-1:2018 - Méthode d'essai pour mesurer l'efficacité des médias de filtration d'air par rapport aux nanomatériaux sphériques
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21083-1
First edition
2018-11
Test method to measure the efficiency
of air filtration media against
spherical nanomaterials —
Part 1:
Size range from 20 nm to 500 nm
Méthode d'essai pour mesurer l'efficacité des médias de filtration
d'air par rapport aux nanomatériaux sphériques —
Partie 1: Spectre granulométrique de 20 nm à 500 nm
Reference number
ISO 21083-1:2018(E)
ISO 2018
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 21083-1:2018(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2018

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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 21083-1:2018(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms ....................................................................................................... 1

3.1 Terms and definitions ....................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symbols and abbreviated terms............................................................................................................................................... 2

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 3

5 Test materials .......................................................................................................................................................................................................... 4

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 4

5.2 Liquid phase aerosol .......................................................................................................................................................................... 4

5.2.1 DEHS test aerosol ............................................................................................................................................................ 4

5.2.2 Liquid phase aerosol generation ........................................................................................................................ 5

6 Test setup ..................................................................................................................................................................................................................... 6

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 6

6.2 Specification of setup ........................................................................................................................................................................ 8

6.2.1 Aerosol generation system ...................................................................................................................................... 8

6.2.2 Tubing ....................................................................................................................................................................................... 8

6.2.3 Dryer........................................................................................................................................................................................... 8

6.2.4 DEMC .......................................................................................................................................................................................... 9

6.2.5 Equilibrium charge distribution and neutralization of aerosol particles ....................11

6.2.6 Neutralization of aerosol particles ................................................................................................................11

6.2.7 Make-up air line .............................................................................................................................................................12

6.2.8 Test filter medium mounting assembly .....................................................................................................13

6.2.9 CPC ............................................................................................................................................................................................14

6.2.10 Final filter ............................................................................................................................................................................16

6.3 Detailed setup for test using DEHS particles .............................................................................................................16

6.4 Determination of the filter medium velocity .............................................................................................................17

7 Qualification of the test rig and apparatus.............................................................................................................................17

7.1 CPC tests ....................................................................................................................................................................................................17

7.1.1 CPC — Air flow rate stability test ...................................................................................................................17

7.1.2 CPC — Zero test .............................................................................................................................................................18

7.1.3 CPC — Overload test ........................................................................................................................................... .......18

7.1.4 Counting accuracy calibration ...........................................................................................................................18

7.2 DEMC tests ...............................................................................................................................................................................................21

7.3 Qualification of aerosol neutralization ............................................................................................................................21

7.3.1 General...................................................................................................................................................................................21

7.3.2 Qualification of neutralization by checking the multiple charge fraction on

the particles passing through the neutralizer .....................................................................................21

7.3.3 Qualification of the aerosol neutralizer using corona discharge balanced

output .....................................................................................................................................................................................21

7.3.4 Qualification of neutralization according to ISO/TS 19713-1 ...............................................22

7.4 System leak checks ...........................................................................................................................................................................22

7.4.1 Air leakage tests ............................................................................................................................................................22

7.4.2 Visual detection by cold smoke ........................................................................................................................22

7.4.3 Pressurization of the test system ...................................................................................................................22

7.4.4 Use of high efficiency filter media ..................................................................................................................22

7.5 Uniformity of the test aerosol concentration.............................................................................................................22

8 Test procedure .....................................................................................................................................................................................................23

8.1 Determination of the correlation ratio/zero efficiency test .........................................................................23

8.2 Protocol of filtration efficiency measurement ..........................................................................................................24

© ISO 2018 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 21083-1:2018(E)

8.2.1 Preparatory checks .....................................................................................................................................................24

8.2.2 Equipment preparation ..........................................................................................................................................24

8.2.3 Aerosol generator ........................................................................................................................................................24

8.2.4 Aerosol generator — Neutralizer ...................................................................................................................25

8.2.5 Filter medium neutralization .............................................................................................................................26

8.2.6 Filter medium neutralization according to ISO 29461-1 ...........................................................26

8.2.7 Air flow measurement .............................................................................................................................................28

8.2.8 Measurement of the pressure drop ..............................................................................................................29

8.2.9 Zero count test ................................................................................................................................................................29

8.2.10 Air leakage test ...............................................................................................................................................................29

8.2.11 Loading effect test ........................................................................................................................................................29

8.2.12 Reported values .............................................................................................................................................................29

8.2.13 Measurement of filtration efficiency — DEHS particles .............................................................29

8.3 Test evaluation .....................................................................................................................................................................................31

8.4 Measurement protocol for one sample — Summary ..........................................................................................31

8.4.1 Using one CPC to measure the upstream and downstream particle

concentrations ................................................................................................................................................................31

8.4.2 Using two CPCs to measure the upstream and downstream particle

concentrations ................................................................................................................................................................32

9 Maintenance items ..........................................................................................................................................................................................33

10 Measurement uncertainties ..................................................................................................................................................................34

11 Reporting results ..............................................................................................................................................................................................35

11.1 General ........................................................................................................................................................................................................35

11.2 Required reporting elements ..................................................................................................................................................35

11.2.1 General...................................................................................................................................................................................35

11.2.2 Report summary ...........................................................................................................................................................35

11.2.3 Report Details ..................................................................................................................................................................36

Annex A (informative) Instruments specifications ............................................................................................................................40

Annex B (informative) Statistical analysis for precision of an experiment (according to

ISO 5725-2) .............................................................................................................................................................................................................44

Annex C (informative) Safe use of IPA ...............................................................................................................................................................49

Annex D (informative) Safe handling of radioactive devices ....................................................................................................50

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................51

iv © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 21083-1:2018(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso

.org/iso/foreword .html.

This document was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical

Committee CEN/TC 195, Air filters for general cleaning, in collaboration with ISO Technical Committee

TC 142, Cleaning equipment for air and other gases, in accordance with the Agreement on technical

cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
A list of all parts in the ISO 21083 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
© ISO 2018 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 21083-1:2018(E)
Introduction

Nano-objects are discrete piece of material with one, two or three external dimensions in the nanoscale

(see ISO/TS 80004-2) and are building blocks of nanomaterials. Nanoparticles, referring to particles

with at least one dimension below 100 nm, generally have a higher mobility than larger particles.

Because of their higher mobility and larger specific surface area, available for surface chemical

reactions, they can pose a more serious health risk than larger particles. Thus, particulate air pollution

with large concentrations of nanoparticles can result in an increased adverse effect on human health

and an increased mortality (see Reference [17]).

With the increased focus on nanomaterials and nanoparticles, the filtration of airborne nanoparticles

is also subject to growing attention. Aerosol filtration can be used in diverse applications, such as air

pollution control, emission reduction, respiratory protection for human and processing of hazardous

materials. The filter efficiency can be determined by measuring the testing particle concentrations

upstream and downstream of the filter. The particle concentration may be based on mass, surface area

or number. Among these, the number concentration is the most sensitive parameter for nanoparticle

measurement. State-of-the-art instruments enable accurate measurement of the particle number

concentration in air and therefore precise fractional filtration efficiency. Understanding filtration

efficiency for nanoparticles is crucial in schemes to remove nanoparticles, and thus, in a wider context,

improve the general quality of the environment, including the working environment.

A large number of standards for testing air filters exist such as the ISO 29463 series and the ISO 16890

series. The test particle range in the ISO 29463 series is between 0,04 µm and 0,8 µm, and the focus is on

measurement of the minimum efficiency at the most penetrating particle size (MPPS). The test particle

range in the ISO 16890 series is between 0,3 µm and 10 µm. The ISO 21083 series aims to standardize

the methods of determining the efficiencies of filter media, of all classes, used in most common air

filtration products and it focuses on filtration efficiency of airborne nanoparticles, especially for

particle size down to single-digit nanometres.
vi © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 21083-1:2018(E)
Test method to measure the efficiency of air filtration
media against spherical nanomaterials —
Part 1:
Size range from 20 nm to 500 nm
1 Scope

This document specifies the testing instruments and procedure for determining the fractional filtration

efficiencies of flat sheet filter medium against airborne nanoparticles in the range of 20 nm to 500 nm.

The testing methods in this document are limited to spherical or nearly-spherical particles to avoid

uncertainties due to the particle shape.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 5167 (all parts), Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full

ISO 5725-2, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 2: Basic method

for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method

ISO 15900, Determination of particle size distribution — Differential electrical mobility analysis for aerosol

particles

ISO 27891, Aerosol particle number concentration — Calibration of condensation particle counters

ISO 29463-1, High efficiency filters and filter media for removing particles from air — Part 1: Classification,

performance, testing and marking
ISO 29464, Cleaning of air and other gases — Terminology
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 5725-2, ISO 15900, ISO 27891

and ISO 29464 apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at http: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
© ISO 2018 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 21083-1:2018(E)
3.2 Symbols and abbreviated terms
3.2.1 Symbols
Symbol Definition
A Source strength of the radioactive source
A Original source strength of the radioactive source
A Effective filtration surface area
C Particle concentration upstream of the filter medium

C Concentration of particles with the i monodisperse size upstream of the filter medium

up,i th
C Particle concentration downstream of the filter medium
down

C Concentration of particles with the i monodisperse size downstream of the filter medium

down,i th

C Concentration of particles after the second DEMC for the particles with i charge(s)

d Diameter of the initial droplet including the solvent
d Diameter of the testing particle after complete evaporation of the solvent
E Filtration efficiency of the test filter medium

E Filtration efficiency of the test filter medium against the particles with the i monodisperse size

i th
e Charge of an electron
φ Volume fraction of DEHS in the solution
t Half-life of the radioactive source
0,5

N Total count of particles upstream of the filter medium in a certain user-defined time interval

Counts of particles with the i monodisperse size upstream of the filter medium in a certain user-

up,i
defined time interval

N Total count of particles downstream of the filter medium in a certain user-defined time interval

down

Counts of particles with the i monodisperse size downstream of the filter medium in a certain

down,i
used-defined time interval

N Total count of particles after the second DEMC for the particles with i charge(s)

n Number of elementary charges
P Fractional penetration of the test filter medium

P Fractional penetration of particles with the i monodisperse size for the test filter medium

i th
P Penetration with the filter medium, before applying the correlation ratio

Measured penetration against particles with the i monodisperse size when the filter medium is

m,i
installed in the filter medium holder, before applying the correlation ratio
q Flow rate through the filter medium
q Air flow rate through the electrometer
R Correlation ratio

Correlation ratio for the i monodisperse particle size, obtained as the penetration without the

filter media
R Resistance of resistor
t Time
v Filter medium velocity
V Voltage
x Volume of the sampled air
α Angle for the transition section in the filter medium holder
∆p Pressure drop across the filter medium
E Initial particulate efficiency of media sample

∆E Difference in particulate efficiency between E and conditioned efficiency of the media sample

c 0
λ Radioactive decay constant equal to 0,693/t
0,5
2 © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 21083-1:2018(E)
3.2.2 Abbreviated terms
AC Alternating current
CAS Chemical abstracts service
CL Concentration limit
CPC Condensation particle counter
DEHS Di(2-ethylhexyl) sebacate
DEMC Differential electrical mobility classifier
DMAS Differential mobility analysing system
HEPA High efficiency particulate air
Kr Krypton
IPA Isopropyl alcohol
MPPS Most penetrating particle size
Po Polonium
PSL Polystyrene latex
RH Relative humidity
SRM Standard reference material
4 Principle

The filtration efficiency of the filter medium is determined by measuring the particle number

concentrations upstream and downstream of the filter medium. The fractional penetration, P,

represents the fraction of aerosol particles which can go through the filter medium, defined as:

PC= /C (1)
down up

where C and C are the particle concentrations downstream and upstream of the filter medium,

down up

respectively. Another way is to measure the particle counts upstream and downstream of the filter

medium for a certain same user-defined time interval and sampling volume rate. Then the penetration

is the ratio between the downstream count N and upstream count N :
down up
PN= /N (2)
down up
© ISO 2018 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 21083-1:2018(E)

The filter medium efficiency, E, is the fraction of aerosol particles removed by the filter medium:

EP=−1 (3)

The filter medium efficiency is dependent on the challenge particle size. If the test is performed with a

number of monodisperse particles with different sizes, the expression for the penetration of particles

with the i monodisperse size P can be written as:
th i
PC= /C (4)
iidown,up,i

where C and C are the concentrations of particles with the i monodisperse size upstream

up,i down,i th

and downstream of the filter medium, respectively. If the measurement is performed with the particle

number count, P can be written as:
PN= /N (5)
iidown,,up i

where N and N are the counts of particles with the i monodisperse size upstream and

up,i down,i th

downstream of the filter medium in the same user-defined time interval and sampling volume rate,

respectively. Correspondingly, the filtration efficiency E of the test filter medium against the particles

with the i monodisperse size is:
EP=−1 (6)

The test aerosol from the aerosol generator is conditioned (e.g. evaporation of the solvent) and then

neutralized. The particles are mixed homogeneously with filtered test air if necessary to achieve

desired concentration and flow rate, before they are used to challenge the test filter medium.

A specimen of the sheet filter medium is fixed in a test filter assembly and subject to the test air flow

corresponding to the prescribed filter medium velocity. Partial flow, which is the flow that the CPC

operates with, of the test aerosol is sampled upstream and downstream of the filter medium, and the

fractional penetration is determined from the upstream and downstream number concentrations or

total numbers in user-defined time intervals. Furthermore, the measurement of the pressure drop

across the filter medium is made at the prescribed filter medium velocity.

Additional equipment is required to measure the absolute pressure, temperature and RH of the test air.

It is also needed to measure and control the air volume flow rate.
5 Test materials
5.1 General

Any aerosol used to test the filtration performance according to this test method shall only be

introduced to the test section as long as needed to test the filtration performance properties of the test

filter medium without changing the filtration performance properties of the sub
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 21083-1
Première édition
2018-11
Méthode d'essai pour mesurer
l'efficacité des médias de filtration
d'air par rapport aux nanomatériaux
sphériques —
Partie 1:
Spectre granulométrique de 20 nm à
500 nm
Test method to measure the efficiency of air filtration media against
spherical nanomaterials —
Part 1: Size range from 20 nm to 500 nm
Numéro de référence
ISO 21083-1:2018(F)
ISO 2018
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 21083-1:2018(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2018

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 21083-1:2018(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes, définitions, symboles et abréviations ..................................................................................................................... 1

3.1 Termes et définitions ......................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symboles et abréviations ............................................................................................................................................................... 2

3.2.1 Symboles ................................................................................................................................................................................. 2

3.2.2 Abréviations ......................................................................................................................................................................... 3

4 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 Matériaux d'essai ................................................................................................................................................................................................. 4

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 4

5.2 Aérosol en phase liquide ................................................................................................................................................................ 5

5.2.1 Aérosol d'essai de DEHS ............................................................................................................................................ 5

5.2.2 Génération d'un aérosol en phase liquide ................................................................................................. 5

6 Montage d'essai ..................................................................................................................................................................................................... 6

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 6

6.2 Spécification du montage ............................................................................................................................................................... 8

6.2.1 Système de génération d'aérosols .................................................................................................................... 8

6.2.2 Tubes .......................................................................................................................................................................................... 8

6.2.3 Séchoir ...................................................................................................................................................................................... 8

6.2.4 DEMC .......................................................................................................................................................................................... 9

6.2.5 Distribution des charges équilibrée et neutralisation des particules d’aérosols ..11

6.2.6 Neutralisation des particules d’aérosols ..................................................................................................11

6.2.7 Conduite d'air d'appoint ........................................................................................................................................13

6.2.8 Assemblage de fixation du filtre d'essai ...................................................................................................13

6.2.9 CPC ............................................................................................................................................................................................14

6.2.10 Filtre final ............................................................................................................................................................................17

6.3 Montage d’essai détaillé pour l’essai à l’aide de particules de DEHS ....................................................17

6.4 Détermination de la vitesse au niveau du média filtrant .................................................................................18

7 Qualification du banc d'essai et de l'appareillage ..........................................................................................................18

7.1 Essais du CPC .........................................................................................................................................................................................18

7.1.1 CPC — Essai de stabilité du débit d'air ......................................................................................................18

7.1.2 CPC — Essai à zéro ......................................................................................................................................................19

7.1.3 CPC — Essai de surcharge ....................................................................................................................................19

7.1.4 Étalonnage de l'exactitude du comptage .................................................................................................20

7.2 Essais du DEMC ...................................................................................................................................................................................22

7.3 Qualification de la neutralisation d’aérosol ................................................................................................................22

7.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................22

7.3.2 Qualification de la neutralisation par vérification de la fraction de charge

multiple sur les particules traversant le neutraliseur ..................................................................22

7.3.3 Qualification du neutralisateur d'aérosol à l'aide d'une sortie équilibrée

par décharge corona ..................................................................................................................................................23

7.3.4 Qualification de la neutralisation selon l’ISO/TS 19713-1 .......................................................23

7.4 Contrôles de l’étanchéité du système ...............................................................................................................................24

7.4.1 Essais de fuite d'air .....................................................................................................................................................24

7.4.2 Détection visuelle à la fumée froide .............................................................................................................24

7.4.3 Pressurisation du système d’essai .................................................................................................................24

7.4.4 Utilisation de médias filtrants à haute efficacité ...............................................................................24

7.5 Uniformité de la concentration d’aérosols d’essai ................................................................................................24

8 Mode opératoire d'essai ............................................................................................................................................................................24

© ISO 2018 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 21083-1:2018(F)

8.1 Détermination du rapport de corrélation/essai d’efficacité à zéro ........................................................24

8.2 Protocole de mesurage de l’efficacité de filtration ................................................................................................26

8.2.1 Contrôles préparatoires ..........................................................................................................................................26

8.2.2 Préparation de l’équipement..............................................................................................................................26

8.2.3 Générateur d’aérosols ..............................................................................................................................................26

8.2.4 Générateur d'aérosols — Neutraliseur ......................................................................................................27

8.2.5 Neutralisation du média filtrant ......................................................................................................................28

8.2.6 Neutralisation du média filtrant selon l’ISO 29461-1 ...................................................................29

8.2.7 Mesurage du débit d'air ..........................................................................................................................................31

8.2.8 Mesurage de la perte de charge .......................................................................................................................31

8.2.9 Essai de comptage à zéro .......................................................................................................................................31

8.2.10 Essai de fuite d'air .................. .................................................... ..................................................................................32

8.2.11 Essai de l’effet de chargement ...........................................................................................................................32

8.2.12 Valeurs consignées ......................................................................................................................................................32

8.2.13 Mesurage de l’efficacité de la filtration — Particules de DEHS ............................................32

8.3 Évaluation de l’essai ........................................................................................................................................................................33

8.4 Protocole de mesurage pour un échantillon — Résumé ..................................................................................34

8.4.1 Utilisation d’un CPC pour mesurer les concentrations de particules en

amont et en aval.............................................................................................................................................................34

8.4.2 Utilisation de deux CPC pour le mesurage des concentrations de

particules en amont et en aval ..........................................................................................................................35

9 Points de maintenance ................................................................................................................................................................................36

10 Incertitudes de mesure ...............................................................................................................................................................................37

11 Présentation des résultats ......................................................................................................................................................................38

11.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................38

11.2 Éléments de rapport requis ......................................................................................................................................................38

11.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................38

11.2.2 Rapport de synthèse ..................................................................................................................................................38

11.2.3 Rapport détaillé .............................................................................................................................................................39

Annexe A (informative) Spécifications des instruments ...............................................................................................................43

Annexe B (informative) Analyse statistique de précision d’une expérience (selon l’ISO 5725-2) ....47

Annexe C (informative) Utilisation sûre de l'IPA ...................................................................................................................................52

Annexe D (informative) Manipulation sûre des appareils radioactifs ...........................................................................53

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................54

iv © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 21083-1:2018(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le Comité européen pour la normalisation (CEN) Comité

technique CEN/TC 195, Filtre air pour la propreté de l’air, en collaboration avec le Comité technique ISO/

TC 142, Séparateurs aérauliques, conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN

(Accord de Vienne).

Une liste de toutes les parties de la série ISO 21083 se trouve sur le site Web de l’ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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ISO 21083-1:2018(F)
Introduction

Les nanoparticules sont des portions discrètes de matériau dont une, deux ou les trois dimensions

externes sont à l’échelle nanométrique (voir l’ISO/TS 80004-2) et ce sont des éléments constitutifs

des nanomatériaux. Les nanoparticules, se référant à des particules ayant au moins une dimension

inférieure à 100 nm, ont généralement une mobilité plus élevée que les particules plus grosses. En raison

de leur plus grande mobilité et de leur plus grande surface spécifique, disponible pour les réactions

chimiques de surface, elles peuvent présenter un risque plus élevé pour la santé que les particules plus

grosses. Par conséquent, la pollution de l'air par des particules avec d’importantes concentrations de

nanoparticules peut accentuer l’effet indésirable sur la santé humaine et augmenter la mortalité (voir

Référence [17]).

Avec le focus accru sur les nanomatériaux et les nanoparticules, la filtration des nanoparticules en

suspension dans l'air fait également l'objet d'une attention croissante. La filtration des aérosols peut

être utilisée dans diverses applications, telles que le contrôle de la pollution de l’air, la réduction des

émissions, la protection des voies respiratoires chez l’homme et le traitement des matériaux dangereux.

L’efficacité du filtre peut être déterminée en mesurant les concentrations de particules d’essai en amont

et en aval du filtre. La concentration de particules peut être exprimée en masse, en aire surfacique ou en

nombre. Parmi ceux-ci, la concentration en nombre est le paramètre le plus sensible pour le mesurage

des nanoparticules. Les instruments de pointe permettent de mesurer précisément la concentration

en nombre de particules dans l’air, et par conséquent, une efficacité fractionnaire de la filtration

précise. Comprendre l'efficacité de la filtration des nanoparticules est crucial dans les programmes

d'élimination des nanoparticules, et donc, dans un contexte plus large, pour améliorer la qualité

générale de l'environnement, y compris l'environnement de travail.

Il existe un grand nombre de normes d’essai des filtres à air, telles que la série ISO 29463 et la série

ISO 16890. La plage de particules d'essai de la série ISO 29463 se situe entre 0,04 µm et 0,8 µm, et l'accent

est mis sur la mesure de l'efficacité minimale des particules de taille pour laquelle la pénétration est la

plus élevée (MPPS). La plage de particules d'essai de la série ISO 16890 se situe entre 0,3 µm et 10 µm.

La série ISO 21083 vise à normaliser les méthodes de détermination de l'efficacité des médias filtrants,

de toutes classes, utilisés dans les produits de filtration d'air courant et se concentre sur l'efficacité de

filtration des nanoparticules en suspension dans l'air, en particulier pour la taille de particules jusqu'au

nanomètre à un chiffre.
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NORME INTERNATIONALE ISO 21083-1:2018(F)
Méthode d'essai pour mesurer l'efficacité des médias
de filtration d'air par rapport aux nanomatériaux
sphériques —
Partie 1:
Spectre granulométrique de 20 nm à 500 nm
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie les instruments et modes opératoires d’essai à utiliser pour la

détermination des efficacités fractionnelles de filtration des médias filtrants plans par rapport à

des nanoparticules en suspension dans l’air dans la plage granulométrique de 20 nm à 500 nm. Les

méthodes d’essai décrites dans le présent document sont limitées aux particules sphériques ou quasi-

sphériques afin d’éviter toute incertitude liée à la forme des particules.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO 5167 (toutes les parties), Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils déprimogènes insérés dans

des conduites en charge de section circulaire

ISO 5725-2, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 2: Méthode de

base pour la détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d'une méthode de mesure normalisée

ISO 15900, Détermination de la distribution granulométrique — Analyse de mobilité électrique différentielle

pour les particules d'aérosol

ISO 27891, Densité de particules d'aérosol — Étalonnage de compteurs de particules d'aérosol à

condensation

ISO 29463-1, Filtres et media à très haute efficacité pour la rétention particulaire — Partie 1: Classification,

essais de performance et marquage
ISO 29464, Épuration de l'air et autres gaz — Terminologie
3 Termes, définitions, symboles et abréviations
3.1 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 5725-2, l’ISO 15900,

l’ISO 27891 et l’ISO 29464 s'appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
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ISO 21083-1:2018(F)
3.2 Symboles et abréviations
3.2.1 Symboles
Symbole Définition
A Intensité source de la source radioactive
A Intensité source d’origine de la source radioactive
A Surface effective de filtration
C Concentration de particules en amont du média filtrant
ème

C Concentration de particules de la i taille monodispersée en amont du média filtrant

up,i
C Concentration de particules en aval du média filtrant
down
ème

C Concentration de particules de la i taille monodispersée en aval du média filtrant

down,i

C Concentration de particules après le second DEMC pour les particules porteuses de charge(s) i

d Diamètre de la première goutte comprenant le solvant
d Diamètre de la particule d’essai après évaporation complète du solvant
E Efficacité de filtration du média filtrant d’essai
ème

Efficacité de filtration du média filtrant d’essai par rapport aux particules de la i taille mono-

dispersée
e Charge d’un électron
φ Fraction volumique de DEHS dans la solution
t Demi-vie de la source radioactive
0,5

Nombre total de particules en amont du média filtrant pendant un certain intervalle de temps

défini par l’utilisateur
ème

Nombre de particules de la i taille monodispersée en amont du média filtrant pendant un cer-

up,i
tain intervalle de temps défini par l’utilisateur

Nombre total de particules en aval du média filtrant pendant un certain intervalle de temps défini

down
par l’utilisateur
ème

Nombre de particules de la i taille monodispersée en aval du média filtrant pendant un certain

down,i
intervalle de temps défini par l’utilisateur

N Nombre total de particules après le second DEMC pour les particules porteuses de charge(s) i

n Nombre de charges élémentaires
P Pénétration fractionnelle du média filtrant d’essai
ème

P Pénétration fractionnelle de particules de la i taille monodispersée pour le média filtrant d’essai

P Pénétration avec le média filtrant avant application du rapport de corrélation
ème

Pénétration mesurée par rapport aux particules de la i taille monodispersée lorsque le média

m,i

filtrant est installé dans le porte média filtrant et avant application du rapport de corrélation

q Débit à travers le média filtrant
q Débit d’air à travers l’électromètre
R Rapport de corrélation
ème

Rapport de corrélation pour la i taille de particule monodispersée, obtenue sous forme de péné-

tration sans média filtrant
R Résistance de l’élément résistif
t Temps
v Vitesse de l’air au niveau du média filtrant
V Tension
x Volume d'air échantillonné
α Angle de la section de transition dans le porte média filtrant
∆p Perte de charge aux bornes du média filtrant
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ISO 21083-1:2018(F)
Symbole Définition
E Efficacité particulaire initiale de l'échantillon de média

∆E Différence d’efficacité particulaire entre E et l’efficacité conditionnée de l'échantillon de média

c 0
λ Constante de décroissance radioactive égale à 0,693/t
0,5
3.2.2 Abréviations
AC Courant alternatif
CAS Chemical Abstracts Service
CL Limite de concentration
CPC Compteur de particules à condensation
DEHS Diéthylhexylsébacate
DEMC Classificateur différentiel de mobilité électrique
ADME Analyseur différentiel de mobilité électrique
HEPA Filtre à particules à haute efficacité
Kr Krypton
IPA Isopropanol
MPPS Taille de particule ayant la plus forte pénétration
Po Polonium
PSL Latex de polystyrène
RH Humidité relative
SRM Matériau de référence étalon
4 Principe

L'efficacité de filtration du média filtrant est déterminée en mesurant les concentrations en nombre de

particules en amont et en aval du média filtrant. La pénétration fractionnelle, P, représente la fraction

de particules d’aérosols pouvant traverser le média filtrant, définie comme:
PC= /C (1)
down up

où C et C représentent respectivement les concentrations de particules en aval et en amont du

down up

média filtrant. Une autre approche consiste à mesurer le nombre de particules en amont et en aval du

média filtrant pendant un certain intervalle de temps et un taux d’échantillonnage volumique définis

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ISO 21083-1:2018(F)

par l’utilisateur. La pénétration est alors le rapport entre le comptage en aval N et le comptage en

down
amont N :
PN= /N (2)
down up

L’efficacité du média filtrant E est la fraction de particules d’aérosol éliminées par le média filtrant:

EP=−1 (3)

L’efficacité du média filtrant dépend de la taille de la particule de l’aérosol d’essai. Si l’essai est réalisé

avec un nombre de particules monodispersées de différentes tailles, la pénétration des particules de la

ème
i taille monodispersée P peut être exprimée comme suit:
PC= /C (4)
iidown,up,i
ème

où C et C sont respectivement les concentrations de particules de la i taille monodispersée

up,i down,i

en amont et en aval du média filtrant. Si le mesurage est effectué avec le comptage de particules, P peut

être écrit comme suit:
PN= /N (5)
iidown,,up i
ème

où N et N sont respectivement les nombres de particules de la i taille monodispersée en

up,i down,i

amont et en aval du média filtrant pendant un même intervalle de temps et un taux d’échantillonnage

volumique définis par l’utilisateur. Par conséquent, l’efficacité de filtration E du média filtrant d’essai

ème
par rapport aux particules de la i taille monodisp
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.